Nanoinformatics approaches for information extraction and text mining in nanomedical research texts

La nanotecnología es un área de investigación de reciente creación que trata con la manipulación y el control de la materia con dimensiones comprendidas entre 1 y 100 nanómetros. A escala nanométrica, los materiales exhiben fenómenos físicos, químicos y biológicos singulares, muy distintos a los que manifiestan a escala convencional. En medicina, los compuestos miniaturizados a nanoescala y los materiales nanoestructurados ofrecen una mayor eficacia con respecto a las formulaciones químicas tradicionales, así como una mejora en la focalización del medicamento hacia la diana terapéutica, revelando así nuevas propiedades diagnósticas y terapéuticas. A su vez, la complejidad de la información a nivel nano es mucho mayor que en los niveles biológicos convencionales (desde el nivel de población hasta el nivel de célula) y, por tanto, cualquier flujo de trabajo en nanomedicina requiere, de forma inherente, estrategias de gestión de información avanzadas. Desafortunadamente, la informática biomédica todavía no ha proporcionado el marco de trabajo que permita lidiar con estos retos de la información a nivel nano, ni ha adaptado sus métodos y herramientas a este nuevo campo de investigación. En este contexto, la nueva área de la nanoinformática pretende detectar y establecer los vínculos existentes entre la medicina, la nanotecnología y la informática, fomentando así la aplicación de métodos computacionales para resolver las cuestiones y problemas que surgen con la información en la amplia intersección entre la biomedicina y la nanotecnología. Las observaciones expuestas previamente determinan el contexto de esta tesis doctoral, la cual se centra en analizar el dominio de la nanomedicina en profundidad, así como en el desarrollo de estrategias y herramientas para establecer correspondencias entre las distintas disciplinas, fuentes de datos, recursos computacionales y técnicas orientadas a la extracción de información y la minería de textos, con el objetivo final de hacer uso de los datos nanomédicos disponibles. El autor analiza, a través de casos reales, alguna de las tareas de investigación en nanomedicina que requieren o que pueden beneficiarse del uso de métodos y herramientas nanoinformáticas, ilustrando de esta forma los inconvenientes y limitaciones actuales de los enfoques de informática biomédica a la hora de tratar con datos pertenecientes al dominio nanomédico. Se discuten tres escenarios diferentes como ejemplos de actividades que los investigadores realizan mientras llevan a cabo su investigación, comparando los contextos biomédico y nanomédico: i) búsqueda en la Web de fuentes de datos y recursos computacionales que den soporte a su investigación; ii) búsqueda en la literatura científica de resultados experimentales y publicaciones relacionadas con su investigación; iii) búsqueda en registros de ensayos clínicos de resultados clínicos relacionados con su investigación. El desarrollo de estas actividades requiere el uso de herramientas y servicios informáticos, como exploradores Web, bases de datos de referencias bibliográficas indexando la literatura biomédica y registros online de ensayos clínicos, respectivamente. Para cada escenario, este documento proporciona un análisis detallado de los posibles obstáculos que pueden dificultar el desarrollo y el resultado de las diferentes tareas de investigación en cada uno de los dos campos citados (biomedicina y nanomedicina), poniendo especial énfasis en los retos existentes en la investigación nanomédica, campo en el que se han detectado las mayores dificultades. El autor ilustra cómo la aplicación de metodologías provenientes de la informática biomédica a estos escenarios resulta efectiva en el dominio biomédico, mientras que dichas metodologías presentan serias limitaciones cuando son aplicadas al contexto nanomédico. Para abordar dichas limitaciones, el autor propone un enfoque nanoinformático, original, diseñado específicamente para tratar con las características especiales que la información presenta a nivel nano. El enfoque consiste en un análisis en profundidad de la literatura científica y de los registros de ensayos clínicos disponibles para extraer información relevante sobre experimentos y resultados en nanomedicina —patrones textuales, vocabulario en común, descriptores de experimentos, parámetros de caracterización, etc.—, seguido del desarrollo de mecanismos para estructurar y analizar dicha información automáticamente. Este análisis concluye con la generación de un modelo de datos de referencia (gold standard) —un conjunto de datos de entrenamiento y de test anotados manualmente—, el cual ha sido aplicado a la clasificación de registros de ensayos clínicos, permitiendo distinguir automáticamente los estudios centrados en nanodrogas y nanodispositivos de aquellos enfocados a testear productos farmacéuticos tradicionales. El presente trabajo pretende proporcionar los métodos necesarios para organizar, depurar, filtrar y validar parte de los datos nanomédicos existentes en la actualidad a una escala adecuada para la toma de decisiones. Análisis similares para otras tareas de investigación en nanomedicina ayudarían a detectar qué recursos nanoinformáticos se requieren para cumplir los objetivos actuales en el área, así como a generar conjunto de datos de referencia, estructurados y densos en información, a partir de literatura y otros fuentes no estructuradas para poder aplicar nuevos algoritmos e inferir nueva información de valor para la investigación en nanomedicina. ABSTRACT Nanotechnology is a research area of recent development that deals with the manipulation and control of matter with dimensions ranging from 1 to 100 nanometers. At the nanoscale, materials exhibit singular physical, chemical and biological phenomena, very different from those manifested at the conventional scale. In medicine, nanosized compounds and nanostructured materials offer improved drug targeting and efficacy with respect to traditional formulations, and reveal novel diagnostic and therapeutic properties. Nevertheless, the complexity of information at the nano level is much higher than the complexity at the conventional biological levels (from populations to the cell). Thus, any nanomedical research workflow inherently demands advanced information management. Unfortunately, Biomedical Informatics (BMI) has not yet provided the necessary framework to deal with such information challenges, nor adapted its methods and tools to the new research field. In this context, the novel area of nanoinformatics aims to build new bridges between medicine, nanotechnology and informatics, allowing the application of computational methods to solve informational issues at the wide intersection between biomedicine and nanotechnology. The above observations determine the context of this doctoral dissertation, which is focused on analyzing the nanomedical domain in-depth, and developing nanoinformatics strategies and tools to map across disciplines, data sources, computational resources, and information extraction and text mining techniques, for leveraging available nanomedical data. The author analyzes, through real-life case studies, some research tasks in nanomedicine that would require or could benefit from the use of nanoinformatics methods and tools, illustrating present drawbacks and limitations of BMI approaches to deal with data belonging to the nanomedical domain. Three different scenarios, comparing both the biomedical and nanomedical contexts, are discussed as examples of activities that researchers would perform while conducting their research: i) searching over the Web for data sources and computational resources supporting their research; ii) searching the literature for experimental results and publications related to their research, and iii) searching clinical trial registries for clinical results related to their research. The development of these activities will depend on the use of informatics tools and services, such as web browsers, databases of citations and abstracts indexing the biomedical literature, and web-based clinical trial registries, respectively. For each scenario, this document provides a detailed analysis of the potential information barriers that could hamper the successful development of the different research tasks in both fields (biomedicine and nanomedicine), emphasizing the existing challenges for nanomedical research —where the major barriers have been found. The author illustrates how the application of BMI methodologies to these scenarios can be proven successful in the biomedical domain, whilst these methodologies present severe limitations when applied to the nanomedical context. To address such limitations, the author proposes an original nanoinformatics approach specifically designed to deal with the special characteristics of information at the nano level. This approach consists of an in-depth analysis of the scientific literature and available clinical trial registries to extract relevant information about experiments and results in nanomedicine —textual patterns, common vocabulary, experiment descriptors, characterization parameters, etc.—, followed by the development of mechanisms to automatically structure and analyze this information. This analysis resulted in the generation of a gold standard —a manually annotated training or reference set—, which was applied to the automatic classification of clinical trial summaries, distinguishing studies focused on nanodrugs and nanodevices from those aimed at testing traditional pharmaceuticals. The present work aims to provide the necessary methods for organizing, curating and validating existing nanomedical data on a scale suitable for decision-making. Similar analysis for different nanomedical research tasks would help to detect which nanoinformatics resources are required to meet current goals in the field, as well as to generate densely populated and machine-interpretable reference datasets from the literature and other unstructured sources for further testing novel algorithms and inferring new valuable information for nanomedicine.

Leslie Martin, Colin St. John Wilson y James Stirling : revisión de la modernidad en la arquitectura británica = Leslie Martin, Colin St. John Wilson and James Stirling : review of modernity in British architecture

La búsqueda de nuevas formas de modernidad se convirtió en la cuestión principal de la obras desarrolladas por Leslie Martin, Colin St. John Wilson y James Stirling entre los años 1955 y 1970. Enmarcadas dentro de la sensibilidad surgida en la posguerra británica, su profundo sentido crítico supone una renovada interpretación de alguno fundamentos del Movimiento Moderno así como la reflexión sobre la modificación y el uso de formas que tienen sus raíces en la tradición cultural. Esta investigación se estructura en cuatro temas ampliamente debatidos y que han articulado parte de la revisión moderna a lo largo de la segunda mitad del siglo XX: » la abstracción y el realismo » la revisión de la idea funcionalista » la reconsideración de los arquetipos formales » la relación entre forma y contexto urbano se muestran como base crítica para las obras seleccionadas. La tendencia hacia el realismo surgió como respuesta a la voluntad de universalidad (y objetividad) que representó el lenguaje abstracto, del mismo modo que la revisión de la idea funcionalista pretendió superar la consideración de la obra arquitectónica como producto racional de su función y tecnología. La reconsideración de los arquetipos de la tradición, a su vez, muestra una preocupación por el significado de las formas culturales del pasado, una cuestión igualmente decisiva en la renovada atención a la estructura de la ciudad histórica. Estos temas evidencian un interés por ampliar la arquitectura moderna sin que el reconocimiento de las formas del pasado suponga un distanciamiento respecto al futuro. La idea de revisión, asimismo, se convierte en estrategia a la hora de encontrar nuevas respuestas. Si algunos de los principios del Movimiento Moderno surgen como reacción al clasicismo Beaux Arts que le precedió, las propuestas analizadas muestran la validez operativa de este enfoque para crear obras de una intensa modernidad. Su interés, por lo tanto, no solo radica en su consideración como objetos de estudio que amplían nuestro conocimiento de un período determinado, sino como tradición reciente que sirve de base crítica para la práctica actual. ABSTRACT The search of new forms of modernity became the main theme of the works developed by Leslie Martin, Colin St. John Wilson and James Stirling between 1955 and 1970. Belonging to the sensitivity emerged in postwar Britain, their deep critical sense encourages a renewed interpretation of some principles of Modern Movement and a reflection about the modification or the use of forms that are rooted in cultural tradition. This research is divided into four themes widely discussed and which has articulated part of modern review along the second half of the twentieth century: » Abstraction and realism » Review of Functionalism » The reconsideration of the formal archetypes » The relationship between form and urban context are shown as critical base for the selected works. The trend toward realism arose in response to the will of universality (and objectivity) that represented the abstract language, just as the review of Functionalism aimed to overcome the consideration of architecture's work as rational product of its function and technology. The reconsideration of traditional archetypes, in turn, shows a concern for the meaning of the cultural forms, a matter equally decisive in the renewed attention to the structure of the historical city. These themes evidence an interest to extend modern architecture, without thereby the recognition of the past forms imply a distancing regarding the future. The idea of review also becomes strategy in finding new answers. If some principles of the Modern Movement arose in reaction to Beaux-Arts classicism which preceded it, the analyzed proposals show the operational validity of this approach to create works of a strong modernity. Their interest, therefore, lies not only in its consideration as study cases that broaden our knowledge of a certain period, but as a recent tradition which serves as a critic basis for the current practice.